Quadri di Media Tensione - Imequadri Duestelle SpA

La Norma
CEI EN 62271-200
sui quadri elettrici
in media tensione
Elenco aziende
associate
sottogruppo
Quadri MT
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La Norma
CEI EN 62271-200
sui quadri elettrici
in media tensione,
vantaggi per:
•sicurezza delle persone
•continuità del servizio elettrico degli impianti
•salvaguardia dell’ambiente
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PARLIAMO DI...
Le norme tecniche contribuiscono a disciplinare il mercato, definendone gli standard in
linea con i progressi tecnologici.
Oggi, tuttavia, l’evoluzione tecnica dei prodotti è talmente veloce e gli impianti sono così complessi, che per
il professionista riteniamo sia molto impegnativo aggiornare la propria documentazione, produrre progetti e
realizzare impianti con tutti i riferimenti normativi attuali.
A questo proposito ANIE ha osservato le difficoltà in Italia ad accogliere l’introduzione del nuovo standard
per i quadri di media tensione, introdotto ormai da anni con la pubblicazione della Norma CEI EN 62271200. In occasione della pubblicazione della seconda edizione della Norma è utile allora riassumere le nuove
caratteristiche dei quadri di media tensione e il quadro legislativo legato alla sicurezza che regola l’impiego
dei prodotti negli impianti, siano essi destinati a utenti privati che progettati per appalti pubblici.
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Orientiamoci
I quadri elettrici di media tensione (da 1 a 52 kV), elementi fondamentali del sistema di distribuzione, sono
necessariamente legati alla esigenza di rispettare alcune peculiarità:
Costruzione secondo la regola dell’arte, rappresentata dalla Norma di prodotto, CEI/EN
62271-200;
Aderenza alla legge sulla sicurezza delle persone, DLgs 81/2008 - Testo Unico sulla
Sicurezza e successivi aggiornamenti;
Esigenza di contribuire agli sforzi, comuni a tutte le nazioni, nel ridurre l’impatto
ambientale delle attività umane diminuendo altresì il depauperamento delle materie
prime.
Il documento ANIE si propone di indicare quali siano le caratteristiche che i quadri di media tensione debbano
avere per ottemperare appunto ai temi sopraindicati.
Nel seguito si sviluppano i seguenti punti:
•
La costruzione di quadri di media tensione concepiti per la tenuta alla prova d’arco interno è intesa a
incrementare sia la sicurezza delle persone così come scaturisce dal testo del decreto legge DLgs 81/2008 Testo Unico sulla Sicurezza - che a preservare l’integrità delle cose, degli edifici e delle attività attraverso la
riduzione del rischio incendio: un quadro a tenuta d’arco riduce l’efficacia della fonte d’innesco dell’incendio.
•
L’apporto di nuove tecnologie e gli sforzi dei costruttori hanno consentito di ridurre le dimensioni e i pesi dei
quadri di attuale costruzione rispetto ai precedenti; questo consente di utilizzare minori quantità di materie
prime e ottenere la riduzione dell’impronta ambientale che la costruzione e l’esercizio di un impianto di
media tensione inevitabilmente introduce nel sito d’installazione.
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La seconda edizione
della NORMA
CEI/EN 62271-200
In Italia da febbraio 2007 la Norma di prodotto per i quadri MT (da 1 a 52 kV) CEI EN 62271-200, “Apparecchiature
ad alta tensione. Parte 200: Apparecchiatura prefabbricata con involucro metallico per tensioni da 1 a 52 kV”,
ha sostituito la Norma CEI EN 60298, precedentemente in vigore.
La Norma IEC/EN 62271-200 a ottobre del 2011 è stata pubblicata in seconda edizione.
La Norma fornisce le prescrizioni per apparecchiature con involucro metallico assemblate in fabbrica, per
corrente alternata a frequenza inferiore o uguale a 60 Hz e tensione nominale superiore a 1 kV fino a 52 kV
compreso, per installazione all’interno o all’esterno.
Gli involucri possono comprendere componenti fissi e asportabili contenuti in compartimenti che possono
essere riempiti di fluido (liquido o gas) per fornire l’isolamento.
La Norma IEC/EN 62271-200 va utilizzata unitamente alla Norma CEI EN 62271-1, Apparecchiatura di manovra
e di comando ad alta tensione, Parte 1: Prescrizioni comuni.
Questa seconda edizione cancella e sostituisce la prima edizione, migliorandola grazie all’esperienza maturata
sul campo.
A = Compartimento
B = Compartimento
C = Compartimento
D = Compartimento
E = Compartimento
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interruttore/contattore
sbarre
di collegamento (cavi)
di bassa tensione
Misure
Concetti generali
Per comprendere la classificazione delle unità funzionali dei quadri di media tensione, introdotta dalla Norma
CEI/EN62271-200, occorre definire almeno in linea generale cosa sia un’unità funzionale e le parti in cui è
suddivisa e definire il concetto di accessibilità dei compartimenti.
Le unità funzionali
Ogni quadro è costituito da unità funzionali, che sono involucri contenenti le apparecchiature del circuito
principale e i relativi circuiti ausiliari e che concorrono all’espletamento di una singola funzione.
Compartimento
Sottoassieme di un’unità funzionale contenente a sua volta parti del circuito principale.
Esempi di compartimenti di unità funzionali
Negli schemi che seguono vi sono alcuni esempi di quadri di media tensione, composti dai vari compartimenti
di unità funzionali.
A1=IMS/sezionatore-interruttore/Interruttore
B = Compartimento sbarre
C = Compartimento di collegamento (cavi)/interruttore
D = Compartimento di bassa tensione
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I compartimenti possono essere accessibili per ispezioni o controllo oppure non accessibili. L’accesso deve
sempre essere controllato con procedure, attrezzi, oppure dispositivi d’interblocco:
•
Accessibilità controllata da un interblocco: non occorrono attrezzi, gli interblocchi consentono l’accesso solo
quando il compartimento del quadro è privo di tensione e collegato a terra
•
Accessibilità secondo una procedura: sono previsti dispositivi di blocco (es. lucchetti e chiavi) e procedure
operative
•
Accessibilità mediante attrezzo: necessita di utensili vari (es. cacciaviti) per essere aperto; da non aprirsi
per normali operazioni di manutenzione
•
Non accessibile: non è previsto che venga aperto; il caso più evidente è il quadro GIS (gas insulating
system)
Importanti aspetti introdotti
dalla Norma CEI EN 62271-200
La precedente Norma CEI EN 60298 definiva tutti i quadri elettrici metallici come metal enclosed (“quadro
protetto”) e se fosse stata presente una segregazione metallica tra il compartimento sbarre, il compartimento
cavi e il compartimento apparecchio di interruzione prendeva il nome di quadro metal clad (“quadro blindato”).
La Norma CEI EN 62271-200, definisce un numero maggiore di tipologie costruttive, spingendosi a definire non
i quadri, ma le unità funzionali che li compongono. Le unità funzionali con involucro metallico sono classificate
sulla base dei seguenti criteri:
•
Continuità di servizio in caso di manutenzione sull’apparecchiatura
•
Necessità o meno di eseguire manutenzione sulle unità funzionali
•
Riduzione del rischio e del costo della manutenzione
Le definizioni della precedente Norma, prettamente costruttive, sono sostituite da definizioni legate alle
prestazioni che le unità funzionali devono fornire; si introduce il concetto di “perdita di continuità di servizio”
LSC (Loss of Service Continuity) che classifica le unità funzionali dei quadri di media tensione in funzione
appunto di tale caratteristica.
Il quadro acquisisce le proprietà delle unità funzionali da cui è formato e il progettista può sposare differenti
livelli di continuità di servizio a differenti carichi.
Per questi motivi la Norma impone la classificazione LSC come dato di targa obbligatorio per la singola unità
funzionale.
Ci sono altre novità che riguardano le informazioni obbligatorie e facoltative da indicare nelle targhe
caratteristiche delle unità funzionali, di seguito si riporta la tabella 101 estratta dalla Norma.
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(1)
Abbreviazioni
Unità
**
Condizione:
marcatura richiesta
solo se
(2)
(3)
(4)
(5)
Costruttore
X
Designazione del
X
tipo
Numero di serie
X
Libretto di istruzioni
X
di riferimento
Anno di costruzione
X
Norma applicabile
X
Tensione nominale
Ur
kV
X
Frequenza nominale
fr
Hz
X
Up
kV
X
Ud
kV
X
Uct (a.c.)
kV
(X)
Tensione di tenuta
nominale a impulso
atmosferico
Tensione di
tenuta nominale
a frequenza di
esercizio
Tensione nominale
di prova dei cavi
a frequenza di
esercizio
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Tensione nominale
di prova dei cavi in
Abbreviazioni
Unità
**
Uct (d.c.)
kV
(X)
Ir
A
X
Ik
kA
X
Ip
kA
Y
tk
s
X
Ike
kA
Y
Condizione:
marcatura richiesta
solo se
corrente continua
Corrente nominale
Corrente di breve
durata nominale
Corrente nominale
di picco
Durata nominale del
corto circuito
Corrente di breve
durata nominale per
i circuiti di terra
Ipe
kA
Y
di terra
tke
s
Y
pre
kPa, MPa o kg
(X)
circuiti di terra
Livello nominale di
riempimento per
l’isolamento (*)
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Se diversa da Ik (circuito
principale)
principale) e diversa da
2,5 Ike per 50Hz e 2,6 Ike
per 60Hz
Durata nominale del
corto circuito per i
50Hz e 2,6 per 60Hz
Se diversa da Ip (circuito
Corrente nominale
di picco per i circuiti
Diverso da 2,5 Ik per
Se diversa da tk (circuito
principale)
Livello di allarme
per l’isolamento (*)
Abbreviazioni
Unità
**
pae
kPa, MPa o kg
(X)
pme
kPa, MPa, o kg
(X)
Condizione:
marcatura richiesta
solo se
Livello minimo di
funzionamento per
l’isolamento (*)
Categoria di LSC
LSC
Fluido isolante e
kg
massa
Classificazione
all’arco interno
IAC
Tipo di accessibilità
d’arco e durata
(X)
(X)
A, B, o C
F(fronte), L (lati), R
Lati classificati
Corrente di prova
X
(retro)
(X)
(X)
Ia, ta
kA, s
(X)
IAe, tAe
kA, s
Y
Corrente di guasto
della singola fase
verso terra e durata
Se IAC è assegnato e IAe è
diverso dall’87% di IA
(*) Pressione assoluta o relativa da dichiarare
(**) X = la marcatura di questi valori è obbligatoria
(X) = la marcatura di questi valori si applica secondo il caso
Y = le condizioni per la marcatura di questi valori sono indicate nella colonna (5)
Nota 1: L’abbreviazione nella colonna (2) può essere usata al posto dei termini della colonna (1).
Nota 2: Quando si utilizzano i termini della colonna (1), la parola “nominale” non è necessaria.
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La Norma definisce per le
unità funzionali
le seguenti categorie LSC
LSC1
Unità funzionale avente uno o più compartimenti accessibili
ad alta tensione tale che, quando uno qualunque di questi è
aperto, almeno un’altra unità funzionale non possa rimanere in
tensione.
Significa che durante l’ispezione o la manutenzione, il servizio
di tutto l’impianto è interrotto; anche il semplice accesso ai cavi
comporta l’interruzione del servizio.
< Categoria LSC1
LSC2
Unità funzionale che permette l’accesso ad almeno un
compartimento accessibile per la connessione (chiamato
compartimento cavi) in modo che, quando questo è aperto,
almeno una sbarra possa rimanere in tensione e tutte le restanti
unità funzionali del quadro possano normalmente rimanere in
esercizio.
Questo significa che, aprendo il compartimento cavi, le
sbarre possono rimanere in tensione garantendo la continuità
d’esercizio alle altre unità funzionali facenti parte del quadro.
L’unità
funzionale
definita
LSC2
non
deve
avere
altri
compartimenti o apparecchiature accessibili oltre a quello di
connessione e al compartimento sbarre.
< Categoria LSC2
Se sono presenti altri compartimenti accessibili, l’unità funzionale andrà classificata LSC2A oppure LSC2B.
Queste ultime due forme costruttive offrono caratteristiche di continuità diverse, descritte nel seguito.
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LSC2A
Unità funzionale di categoria LSC2 tale che, quando un
qualunque compartimento accessibile, tranne il compartimento
sbarre di un’apparecchiatura a sbarre singole, è aperto, almeno
una sbarra possa rimanere in tensione e tutte le restanti unità
funzionali del quadro possano funzionare normalmente. Ciò
significa che rispetto alla categoria LSC2, la categoria LSC2A
ha altri compartimenti (o apparecchi) accessibili e quando si
accede a uno di questi le sbarre possono rimanere in tensione,
mentre il compartimento interruttore e cavi sono fuori servizio.
< Categoria LSC2A
LSC2B
Unità funzionale di categoria LSC2 in cui le connessioni ad alta tensione, ad esempio le connessioni dei cavi
verso l’unità funzionale, possono rimanere in tensione quando qualunque altro compartimento accessibile ad
alta tensione dell’unità funzionale corrispondente è aperto.
Ciò significa che rispetto
alla LSC2, la categoria LSC2B
ha altri compartimenti (o
apparecchi)
accessibili
e
quando si accede a uno
di questi, le sbarre e i
cavi possono rimanere in
tensione.
< Categoria LSC2B
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Utilizzo pratico delle
categorie LSC
(Loss of Service Continuity)
La categoria LSC1 implica la messa fuori servizio dell’intero quadro di distribuzione per fare qualsiasi operazione
di manutenzione o ispezione; l’uso di queste unità funzionali è destinato ad applicazioni che accettano questa
limitazione.
Quando invece si scelgono le categorie LSC2, LSC2A e LSC2B, l’impatto delle operazioni di manutenzione
sull’operatività dell’impianto è limitato.
La figura riportata di seguito rappresenta un quadro di media tensione (composto da
cinque unità funzionali) realizzato utilizzando tutte le categorie LSC che prevedono un
certo grado di continuità d’esercizio. Le segregazioni tra i compartimenti sono in rosso, le
parti isolate in gas in giallo e le parti isolate in aria in azzurro.
Nello schema illustrato è possibile fare manutenzione al trasformatore (seconda unità funzionale) o al
compartimento connessione (quarta unità funzionale) tenendo in esercizio il resto del quadro.
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La figura di seguito rappresenta un impianto di media tensione configurato in anello, con
cinque unità funzionali, realizzato utilizzando tutte le categorie LSC che prevedono un
certo grado di continuità d’esercizio. Le segregazioni tra i compartimenti sono in rosso, le
parti isolate in gas in giallo e le parti isolate in aria in azzurro.
La categoria LSC2 è identificabile anche con i QMT isolati in GAS che non hanno compartimenti accessibili.
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Le segregazioni interne
delle unità funzionali
La segregazione delle unità funzionali del quadro e gli eventuali otturatori (indicati nella norma con il vocabolo
“partizioni” dall’inglese partitions) è stabilita dalle seguenti sigle:
•
PM se le partizioni sono metalliche (si deve verificare la continuità tra le parti metalliche assemblate con
il passaggio di 30 A cc ed una caduta di tensione non superiore a 3 V verso il punto di terra fornito)
•
PI se le partizioni NON sono metalliche (si può dire che dunque sono isolanti)
Classi concernenti la tenuta
all’arco interno e relative
prove di verifica
La seconda edizione della Norma CEI EN 62271-200 contiene una guida alla scelta del quadro di media
tensione. Al paragrafo 8.104 con riferimento alla tenuta all’arco interno si chiarisce che, se il quadro è installato,
manovrato e sottoposto alle operazioni di manutenzione indicate dal Costruttore, la probabilità che occorra un
arco interno è limitata ma non si può escludere.
Quando si progetta un impianto in media tensione la probabilità che avvenga un arco interno deve essere
affrontata con l’obbiettivo di eliminare il rischio per il personale specializzato e per il pubblico. Il rischio è
sempre molto elevato in un impianto di media tensione, perché secondo la sua definizione il livello di rischio
è dato dalla probabilità che l’evento avvenga (bassa nei QMT) e dalla gravità dell’evento (molto alta per
l’eventuale arco interno).
La Norma IEC/EN 62271-200 propone una nuova definizione delle tipologie del quadro, relativamente alla
sicurezza del personale. È importante ricordare che per personale sono da intendere sia gli operatori delle
aziende di distribuzione di energia elettrica che le persone che transitano nelle vicinanze di una cabina elettrica
di distribuzione.
La classificazione dei quadri in funzione della loro tenuta all’arco interno è raggruppata sotto l’acronimo IAC
(Internal Arc Classified) seguito da delle lettere, il tutto da usarsi nel caso il costruttore dichiari il quadro alla
tenuta all’arco interno; tale dichiarazione deve essere suffragata per mezzo della serie di prove previste dalla
norma:
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Classe di accessibilità A: limitata al solo personale autorizzato
Classe di accessibilità B: accessibilità NON limitata, sono
comprese le persone che transitano nelle vicinanze della cabina di
distribuzione
Classe di accessibilità C: accessibilità limitata dal fatto che
l’apparecchiatura è fuori dalla portata del personale (ad esempio
le apparecchiature tipicamente installate su palo a una altezza di 8
metri dal suolo)
Per ciascuna di queste classi si deve anche definire se la protezione
è assicurata sul fronte (lettera F), sui lati (lettera L) e
sul retro (lettera R) del quadro.
I quadri con involucro metallico vengono classificati IAC se dopo
l’esecuzione della prova sono riscontrati positivamente i seguenti
criteri di accettazione:
Criterio N.1
Le porte ed i pannelli non si aprono. Sono accettate deformazioni con
le seguente precisazione: le deformazioni permanenti sono inferiori
alla distanza verso la parete e/o la posizione degli indicatori.
Criterio N.2
Non si verificano frammentazioni dell’involucro durante la prova.
Sono accettate proiezioni di piccole parti, fino a un massimo di 60 g
per ciascuna piccola parte.
Criterio N.3
L’arco non deve causare buchi nei punti accessibili fino a una altezza
di 2 metri.
Criterio N.4
Gli indicatori non devono bruciare a causa dell’effetto dei gas caldi.
Criterio N.5
L’involucro rimane connesso al suo punto di messa a terra.
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DLgs 81/2008
TESTO UNICO
SULLA SICUREZZA
Campo di applicazione: “tutti i settori di attività, privati e pubblici, e tutte le tipologie di
rischio”.
Articolo 15: misure generali di tutela “1. Le misure generali di tutela della salute e della sicurezza
dei lavoratori nei luoghi di lavoro sono: a) la valutazione di tutti i rischi per la salute e la sicurezza; [...]; c)
l’eliminazione dei rischi e, ove ciò non sia possibile, la loro riduzione al minimo in relazione alle conoscenze
acquisite in base al progresso tecnico; [...]; la sostituzione di ciò che è pericoloso con ciò che non lo è, o è
meno pericoloso; [...]”.
Articolo 22: obblighi dei progettisti “I progettisti [...] degli impianti rispettano i principi generali di
prevenzione in materia di salute e sicurezza [...] e scelgono attrezzature, componenti e dispositivi di protezione
rispondenti alle disposizioni legislative e regolamentari in materia”.
Articolo 28: oggetto della valutazione dei rischi.
Articolo 30: modelli di organizzazione e di gestione “Il modello di organizzazione [...] deve essere
adottato [...] assicurando un sistema aziendale per l’adempimento di tutti gli obblighi giuridici relativi: a) al
rispetto degli standard tecnico-strutturali di legge relativi ad attrezzature, impianti, luoghi di lavoro, [...]”.
Titolo III Capo III.
Articolo 80: obblighi del datore di lavoro “Il datore di lavoro prende le misure necessarie affinché [...]
gli impianti elettrici [...] siano progettati, costruiti, installati, utilizzati e manutentati in modo da salvaguardare
i lavoratori da tutti i rischi di natura elettrica ed in particolare quelli derivanti da: a) contatti elettrici diretti;
[...]; c) innesco e propagazione di incendi e di ustioni dovuti a sovratemperature pericolose, archi elettrici
[...];[...]”.
Articolo 81: requisiti di sicurezza. Viene mantenuta la prescrizione della progettazione, realizzazione e
costruzione a regola d’arte. La presunzione di conformità alla regola d’arte viene collegata alle norme di buona
tecnica contenute nell’allegato IX.
Punto 1 dell’allegato IX: “La scelta di una o più norme di buona tecnica deve essere indirizzata alle norme
che trattano i rischi individuati”.
La Norma CEI EN 62271-200 contiene al capitolo 8.3 una risposta tecnica al contenimento del
rischio per arco interno (questa affermazione è perfettamente in linea con il punto 1 dell’allegato
IX del DLgs).
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IMPATTO AMBIENTALE DEI QUADRI CONFORMI
ALLA NUOVA CEI EN 62271-200 RISPETTO AI
QUADRI CONFORMI ALLA CEI EN 60298
Nel corso degli anni, le ricerche e gli studi eseguiti sia dai costruttori dei quadri elettrici sia dai costruttori degli
interruttori hanno consentito di raggiungere un’evoluzione tecnica della progettazione e della realizzazione
degli stessi, che ha permesso l’ottimizzazione delle dimensioni dei quadri elettrici e dei loro pesi.
Come indicato nella tabella sottostante, dal confronto di tipologie di quadri sia per distribuzione primaria sia
per distribuzione secondaria, equipaggiati con interruttori a olio ridotto o a soffio magnetico conformi alla
Norma CEI EN 60298, con i quadri conformi alla nuova Norma CEI EN 62271-200, è evidente che gli ingombri
e i pesi dei quadri elettrici di ultima generazione risultano inferiori rispetto a quelli degli equivalenti quadri,
conformi alla precedente Norma CEI EN 60298.
LSC2B (conformi alla CEI EN 62271-200)
LSC2A (conformi alla CEI EN 62271-200)
Blindati (conformi alla CEI EN 60298)
Protetti (conformi alla CEI EN 60298)
dal 15% al 30%
dall’1% al 15%
dal 6% al 25%
dal 5% al 25%
vs
Decremento %
in peso
Decremento %
in dimensioni medie
vs
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CONCLUSIONI
Obiettivo di qualsiasi professionista nello svolgimento dei suoi incarichi è l’applicazione della massima
diligenza nella redazione di progetti e impianti che soddisfino le regole della buona ingegneria. Le Norme
Tecniche rappresentano in questo senso un utile aiuto alla professione, in quanto il loro rispetto garantisce
automaticamente l’ottenimento di questo obiettivo. Va sottolineato, inoltre, come oggi il corpo normativo
italiano sia per la quasi totalità armonizzato a livello europeo (Cenelec) e/o internazionale (IEC), e la qualità
e chiarezza delle norme sia molto cresciuta.
Dal punto di vista dei costruttori le Norme Tecniche hanno invece valenza più cogente: è infatti vincolante
il rispetto delle Direttive europee che richiamano esplicitamente norme tecniche per poter immettere sul
mercato comune qualsiasi prodotto elettrico o elettronico. In particolare, vincolanti risultano le norme relative
alla sicurezza degli apparati e alla loro compatibilità elettromagnetica, aspetti per i quali sono state emesse
specifiche Direttive.
Pertanto, condizione necessaria per la realizzazione di un’opera è che il progettista, nella stesura delle specifiche
tecniche di apparati o componenti elettrici o elettronici, e l’installatore, durante la realizzazione dell’impianto,
facciano esplicito riferimento alle relative Norme Tecniche di prodotto, come detto vincolanti per i costruttori.
I vantaggi derivanti quindi dall’utilizzo di quadri elettrici conformi alla Norma IEC/EN
62271-200 sono i seguenti:
·
Garantire il massimo livello di sicurezza per le persone, oggi normativamente
disponibile e soddisfare completamente i requisiti di sicurezza previsti dalla legislazione
italiana, con i quadri a tenuta di arco interno.
·
Garantire il massimo livello di integrità per le cose (edifici), norma di buon senso da
perseguire anche se non precisamente prescritta da leggi e regolamenti, attraverso
l’utilizzo di quadri a tenuta all’arco interno.
·
Ridurre l’impatto ambientale correlato sia alla realizzazione dei quadri elettrici
e degli interruttori, sia dei locali di istallazione dei quadri stessi, derivante da una
riduzione dei consumi delle materie prime rispetto alle soluzioni utilizzate nel passato.
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